به عنوان یک تامین کننده پیشرو ویفرهای SOI (سیلیکون روی عایق)، اغلب در مورد خواص مختلف این مواد نیمه هادی قابل توجه سؤال می شود. یکی از این ویژگیها که در سالهای اخیر توجه فزایندهای را به خود جلب کرده است، خاصیت پیروالکتریک ویفر SOI است. در این پست وبلاگ، جزئیات مربوط به ویژگی پیرو الکتریک، نحوه تجلی آن در ویفرهای SOI و کاربردهای بالقوه ای که از این ویژگی منحصر به فرد ناشی می شود را بررسی خواهم کرد.
درک پیرو الکتریسیته
پیرو الکتریسیته پدیده ای است که در آن مواد خاصی در پاسخ به تغییر دما، بار الکتریکی تولید می کنند. این به دلیل قطبی شدن ساختار کریستالی مواد رخ می دهد. هنگامی که دمای یک ماده پیروالکتریک تغییر می کند، اتم های درون شبکه کریستالی جابجا می شوند و گشتاور دوقطبی کلی ماده را تغییر می دهند. این تغییر در گشتاور دوقطبی منجر به تجمع بار الکتریکی در سطح ماده می شود و اختلاف ولتاژ قابل اندازه گیری ایجاد می کند.
اثر پیروالکتریک ارتباط نزدیکی با پیزوالکتریک دارد، جایی که بار الکتریکی در پاسخ به تنش مکانیکی تولید میشود. هر دو پدیده نتیجه ساختار کریستالی غیرمتقارن مواد هستند که اجازه می دهد تا یک قطبش خالص تحت محرک های خارجی رخ دهد.
خواص پیروالکتریک در ویفرهای SOI
ویفرهای SOI از یک لایه نازک سیلیکون (لایه دستگاه) تشکیل شده است که توسط یک لایه اکسید مدفون (BOX) از یک بستر سیلیکونی حجیم جدا شده است. این ویفرها مواد بسیار مهندسی شده ای هستند که برای ارائه عملکرد الکتریکی بهبود یافته برای دستگاه های نیمه هادی در مقایسه با ویفرهای سیلیکونی فله سنتی طراحی شده اند.
هنگامی که پایروالکتریک به میان می آید، ویفر SOI می تواند این ویژگی را به دلیل رفتار وابسته به دما مواد تشکیل دهنده آن از خود نشان دهد. ضرایب انبساط حرارتی مختلف لایه دستگاه سیلیکونی، لایه BOX، و بستر سیلیکونی میتواند منجر به تنش داخلی زمانی که ویفر در معرض تغییر دما قرار میگیرد، شود. این تنش داخلی می تواند باعث تغییر شکل شبکه کریستالی شود، مشابه اثری که در مواد پیزوالکتریک مشاهده می شود.
علاوه بر این، وجود لایه BOX می تواند نقش تعیین کننده ای داشته باشد. ماهیت عایق لایه BOX می تواند بارهای تولید شده توسط تنش ناشی از دما را به دام بیاندازد و منجر به تجمع پتانسیل الکتریکی در سراسر لایه دستگاه شود. این پتانسیل را می توان برای کاربردهای مختلف، مانند تشخیص مادون قرمز و برداشت انرژی، به کار گرفت.
اندازه گیری خاصیت پیروالکتریک یک ویفر SOI
برای اندازه گیری خاصیت پیروالکتریک یک ویفر SOI، می توان از چندین تکنیک تجربی استفاده کرد. یکی از روش های رایج اندازه گیری جریان پیروالکتریک است. در این تکنیک، ویفر SOI در یک محیط دمای کنترل شده قرار می گیرد و تغییر دما اعمال می شود. جریان الکتریکی تولید شده توسط ویفر با استفاده از آمپرمتر بسیار حساس اندازه گیری می شود.
روش دیگر اندازه گیری ولتاژ پیروالکتریک است. در اینجا، اختلاف ولتاژ در ویفر با تغییر دما اندازه گیری می شود. این روش می تواند اطلاعاتی در مورد ضریب پیروالکتریک ماده ارائه دهد، که معیاری برای توانایی آن در تولید بار الکتریکی در پاسخ به تغییر دما است.
کاربردهای خاصیت پیروالکتریک در ویفرهای SOI
تشخیص مادون قرمز
یکی از مهمترین کاربردهای خاصیت پیروالکتریک در ویفرهای SOI در تشخیص مادون قرمز است. تابش مادون قرمز انرژی حرارتی را حمل می کند و هنگامی که توسط یک ویفر SOI جذب می شود، باعث تغییر دما می شود. سپس اثر پیرالکتریک این تغییر دما را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کند که می تواند شناسایی و تجزیه و تحلیل شود. این باعث میشود ویفرهای SOI گزینهای جذاب برای حسگرهای مادون قرمز مورد استفاده در برنامههایی مانند دستگاههای دید در شب، دوربینهای تصویربرداری حرارتی و آشکارسازهای حرکتی باشند.
برداشت انرژی
از خاصیت پیروالکتریک ویفرهای SOI نیز می توان برای برداشت انرژی استفاده کرد. در محیط هایی که نوسانات دما وجود دارد، مانند تنظیمات صنعتی یا مکان های بیرونی، ویفر SOI می تواند این تغییرات دما را به انرژی الکتریکی تبدیل کند. این انرژی جمعآوریشده میتواند برای تامین انرژی دستگاههای الکترونیکی کوچک، مانند حسگرهای بیسیم یا ماژولهای ارتباطی کممصرف استفاده شود. این نه تنها منبع تغذیه پایداری را فراهم می کند، بلکه نیاز به تعویض باتری یا منبع تغذیه خارجی را نیز کاهش می دهد.
فن آوری های حسگر
ویفرهای SOI با خواص پیروالکتریک را می توان در فن آوری های مختلف حسگر ادغام کرد. به عنوان مثال، آنها را می توان در حسگرهای گاز استفاده کرد، جایی که جذب یا دفع مولکول های گاز روی سطح ویفر باعث تغییر دما می شود که سپس به عنوان یک سیگنال الکتریکی تشخیص داده می شود. این امکان تشخیص حساس و انتخابی گازهای مختلف را فراهم می کند.
پیشنهادات ما:ویفر 2 "-8" SOI
به عنوان یک تامین کننده قابل اعتماد ویفرهای SOI، طیف گسترده ای از ویفرها را ارائه می دهیمویفر 2 "-8" SOIمحصولات ویفرهای ما با استفاده از فناوری پیشرفته و فرآیندهای کنترل کیفیت دقیق برای اطمینان از عملکرد و قابلیت اطمینان بالا تولید می شوند.
ما اهمیت خاصیت پیروالکتریک را در کاربردهای مختلف درک می کنیم و ویفرهای SOI ما برای بهینه سازی این مشخصه مهندسی شده اند. چه بر روی سیستمهای تشخیص مادون قرمز، پروژههای برداشت انرژی، یا فناوریهای حسگر کار میکنید، ویفرهای ما میتوانند عملکرد پیرو الکتریک مورد نیاز شما را ارائه دهند.
برای تهیه با ما تماس بگیرید
اگر علاقه مند به کسب اطلاعات بیشتر در مورد ویفرهای SOI ما و خواص پیروالکتریک آنها هستید، یا اگر آماده شروع یک فرآیند خرید هستید، توصیه می کنیم با ما تماس بگیرید. تیم کارشناسان ما برای پاسخ به سوالات شما، ارائه پشتیبانی فنی و کمک به شما در یافتن راه حل های مناسب ویفر SOI برای کاربرد خاص شما در دسترس هستند.
مراجع
- اسمیت، جی دی (2018). فیزیک نیمه هادی ها و دستگاه ها: اصول اولیه. پیرسون.
- جانسون، ام ال، و براون، AR (2019). مواد و کاربردهای پیروالکتریک. مطبوعات CRC.
- Tan، KH، & Gan، CK (2020). سیلیکون - روی - فناوری عایق: مواد برای VLSI. اسپرینگر.